Inertia Distribution Characteristics of Power System Considering Structure and Parameters of Power Grid

Fanglei LIU; Guoyi XU; Jiahao LIU; Cheng WANG; Tianshu BI; Xiaolong GUO

doi:10.7500/AEPS20201017005

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Inertia Distribution Characteristics of Power System Considering Structure and Parameters of Power Grid

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Inertia Distribution Characteristics of Power System Considering Structure and Parameters of Power Grid
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 23, Pages: 60-67(2021)
- 作者机构：
  
  1.新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
  2.国网上海市电力公司青浦供电公司，上海市 201700
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51627811;51725702);the Fundamental Research Funds for the Central Universities(2019MS008)
- DOI：10.7500/AEPS20201017005
  CLC：
- Received：17 October 2020，
  
  Revised：2021-08-07，
  
  Published Online：08 October 2021，
  
  Published：10 December 2021
- 稿件说明：
移动端阅览
刘方蕾,胥国毅,刘家豪等.考虑电网结构和参数的电力系统惯量分布特性[J].电力系统自动化,2021,45(23):60-67.

LIU Fanglei,XU Guoyi,LIU Jiahao,et al.Inertia Distribution Characteristics of Power System Considering Structure and Parameters of Power Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(23):60-67.
刘方蕾,胥国毅,刘家豪等.考虑电网结构和参数的电力系统惯量分布特性[J].电力系统自动化,2021,45(23):60-67. DOI： 10.7500/AEPS20201017005.

LIU Fanglei,XU Guoyi,LIU Jiahao,et al.Inertia Distribution Characteristics of Power System Considering Structure and Parameters of Power Grid[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(23):60-67. DOI： 10.7500/AEPS20201017005.

摘要

随着电力系统中新能源大规模接入，系统惯性时间常数下降以及惯量分布不均的特性突显。对此，文中利用节点计算惯量这一指标表征节点阻碍频率变化的能力，进而考虑电网结构和参数分析系统的惯量分布特性。然后，分别对两机系统和多机系统节点计算惯量进行了理论推导，获得了节点计算惯量的解析表达式，并在两机系统、8机36节点系统中对节点计算惯量进行了验证和分析，同时对节点计算惯量进行了灵敏度分析以研究区域间惯量的相互影响。分析结果表明：通过系统参数获取节点计算惯量能够定量表征系统惯量分布特性。

Abstract

With the increasing penetration of renewable energy in power system

the characteristics of the decreasing time constant for the system inertia and the uneven distribution of the inertia are prominent. To this end

the index of calculated node inertia is used to characterize the ability of nodes to resist frequency changes

and then the grid structure and inertia distribution characteristics of parameter analysis system are considered. Then

the calculated node inertia of the two-machine system and the multi-machine system is theoretically deduced

and the analytical expression for calculated node inertia is obtained. The calculated node inertia is verified and analyzed in a two-machine system and an 8-machine 36-node system. At the same time

a sensitivity analysis of the calculated node inertia is carried out to study the mutual influence of the inertia between regions. The analysis results show that the calculated node inertia obtained by system parameters can quantitatively characterize the distribution characteristics of the system inertia.

关键词

Keywords

references

周孝信，陈树勇，鲁宗相，等 . 能源转型中我国新一代电力系统的技术特征［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 7 ）： 1893 - 1904 .

ZHOU Xiaoxin ， CHEN Shuyong ， LU Zongxiang ， et al . Technology features of the new generation power system in China ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 7 ）： 1893 - 1904 .

李兆伟，吴雪莲，庄侃沁，等 .“ 9·19”锦苏直流双极闭锁事故华东电网频率特性分析及思考［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 7 ）： 149 - 155 .

LI Zhaowei ， WU Xuelian ， ZHUANG Kanqin ， et al . Analysis and reflection on frequency characteristics of East China grid after bipolar locking of “9·19” Jinping-Sunan DC transmission line ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 7 ）： 149 - 155 .

方勇杰 . 英国“8·9”停电事故对频率稳定控制技术的启示［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 24 ）： 1 - 5 .

FANG Yongjie . Reflections on frequency stability control technology based on the blackout event of 9 August 2019 in UK ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 24 ）： 1 - 5 .

文云峰，杨伟峰，林晓煌 . 低惯量电力系统频率稳定分析与控制研究综述及展望［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 9 ）： 211 - 222 .

WEN Yunfeng ， YANG Weifeng ， LIN Xiaohuang . Review and prospect of frequency stability analysis and control of low-inertia power systems ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 9 ）： 211 - 222 .

LUGNANI L ， DOTTA D ， LACKNER C ， et al . ARMAX-based method for inertial constant estimation of generation units using synchrophasors ［J］. Electric Power Systems Research ， 2020 ， 180 ： 106097 .

刘方蕾，胥国毅，王凡，等 . 基于差值计算法的系统分区惯量评估方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 20 ）： 46 - 53 .

LIU Fanglei ， XU Guoyi ， WANG Fan ， et al . Assessment method of system partition inertia based on differential calculation method ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 20 ）： 46 - 53 .

PANDA R K ， MOHAPATRA A ， SRIVASTAVA S C . Online estimation of system inertia in a power network utilizing synchrophasor measurements ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 4 ）： 3122 - 3132 .

MEHIGAN L ， AL KEZ D ， COLLINS S ， et al . Renewables in the European power system and the impact on system rotational inertia ［J］. Energy ， 2020 ， 203 ： 117776 .

GAO H S ， YUAN H ， XIN H H ， et al . Nodal frequency performance of power networks ［C］// 2019 IEEE 8th International Conference on Advanced Power System Automation and Protection （APAP）， October 21-24 ， 2019 ， Xi'an， China .

高晖胜，辛焕海，黄林彬，等 . 新能源电力系统的共模频率分析及其特征量化［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 3 ）： 890 - 900 .

GAO Huisheng ， XIN Huanhai ， HUANG Linbin ， et al . Characteristic analysis and quantification of common mode frequency in power systems with high penetration of renewable resources ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 3 ）： 890 - 900 .

XU T ， JANG W ， OVERBYE T J . Investigation of inertia's locational impacts on primary frequency response using large-scale synthetic network models ［C］// 2017 IEEE Power and Energy Conference at Illinois （PECI）， February 23-24 ， 2017 ， Champaign， USA .

PULGAR-PAINEMAL H ， WANG Y J ， SILVA-SARAVIA H . On inertia distribution， inter-area oscillations and location of electronically-interfaced resources ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 1 ）： 995 - 1003 .

WANG Y J ， SILVA-SARAVIA H ， PULGAR-PAINEMAL H . Estimating inertia distribution to enhance power system dynamics ［C］// 2017 North American Power Symposium （NAPS）， September 17-19 ， 2017 ， Morgantown， USA .

曾繁宏，张俊勃 . 电力系统惯性的时空特性及分析方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 1 ）： 50 - 58 .

ZENG Fanhong ， ZHANG Junbo . Temporal and spatial characteristics of power system inertia and its analysis method ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 1 ）： 50 - 58 .

YOU S T ， LIU Y ， KOU G F ， et al . Non-invasive identification of inertia distribution change in high renewable systems using distribution level PMU ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 1 ）： 1110 - 1112 .

MA N N ， WANG D L . Extracting spatial-temporal characteristics of frequency dynamic in large-scale power grids ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 4 ）： 2654 - 2662 .

李世春，邓长虹，龙志君，等 . 风电场等效虚拟惯性时间常数计算［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 7 ）： 22 - 29 .

LI Shichun ， DENG Changhong ， LONG Zhijun ， et al . Calculation of equivalent virtual inertial time constant of wind farm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 7 ）： 22 - 29 .

孙华东，许涛，郭强，等 . 英国“8·9”大停电事故分析及对中国电网的启示［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 21 ）： 6183 - 6192 .

SUN Huadong ， XU Tao ， GUO Qiang ， et al . Analysis on blackout in great Britain power grid on August 9th， 2019 and its enlightenment to power grid in China ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 21 ）： 6183 - 6192 .

National Grid . Operability strategy report 2021 ［EB/OL］. ［ 2020-10-01 ］. https：//www.nationalgrideso.com/research-publications/system-operability-framework-sof https://www.nationalgrideso.com/research-publications/system-operability-framework-sof .

EPRI . Meeting the challenges of declining system inertia ［EB/OL］. ［ 2020-10-01 ］. http：//publicdownload.epri.com/PublicDownload.svc/product=000000003002015131/type=Product http://publicdownload.epri.com/PublicDownload.svc/product=000000003002015131/type=Product ？downloadid= 215680 .

ANDERSON P M ， FOUAD A A . Power system control and stability ［M］. USA ： Wiley-IEEE Press ， 2002 .

MILANO F ， ORTEGA Á . Frequency divider ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 2 ）： 1493 - 1501 .

中国电力科学研究院 . CEPRI-36算例说明（PSASP7.0版）［S］. 2010 .

China Electric Power Research Institute . CEPRI-36 calculation example description （PSASP7.0 version）［S］. 2010 .

廖庭坚，刘光晔，雷强，等 . 计及电动机负荷的电力系统动态等值分析［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 5 ）： 1442 - 1446 .

LIAO Tingjian ， LIU Guangye ， LEI Qiang ， et al . Analysis of dynamic equivalence with consideration of motor loads in power systems ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 5 ）： 1442 - 1446 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Evaluation of Grid-connected Strength for Renewable Energy Based on Admittance Stability Capacity

Related Author

Fanglei LIU

Guoyi XU

Jiahao LIU

Cheng WANG

Tianshu BI

Xiaolong GUO

BI Jiarui

LIU Chun

Related Institution

State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources, North China Electric Power University

College of Electrical Engineering, Zhejiang University

State Key Laboratory of Renewable Energy Grid-integration (China Electric Power Research Institute)

State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources （North China Electric Power University）

State Grid Jibei Electric Power Co.， Ltd.

⁰